WO2011111908A1 - 미소입자 선택적 포획-회수 장치 - Google Patents

미소입자 선택적 포획-회수 장치 Download PDF

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    • G01N2015/0053—Investigating dispersion of solids in liquids, e.g. trouble

Definitions

  • the present invention relates to a microparticle processing apparatus, and more particularly, to a microparticle processing apparatus capable of selectively trapping microparticles in a fluid and recovering captured microparticles.
  • techniques for detecting and capturing microparticles in a fluid are to enhance adhesion between the microparticles and the surface through biochemical surface treatment, or to utilize the single physical properties of the microparticles.
  • An object of the present invention is to provide a microparticle processing apparatus capable of separating and detecting microparticles using multiple properties of the microparticles.
  • Another object of the present invention is to provide a microparticle processing apparatus capable of trapping and recovering microparticles by supplying fluid in both directions in the flow chamber.
  • the microparticle processing apparatus includes a flow chamber and at least one capture structure.
  • the flow chamber is connected to the first port and the second port, respectively, and provides a space for the flow of the fluid containing the microparticles between the first and second ports.
  • the capture structure is provided in the flow chamber to form a fluid channel, the fluid channel having a first opening and a second opening, the second port from the first port between the first opening and the second opening.
  • a capture region is formed with variable cross-sectional shapes for capturing the microparticles moving to.
  • the second opening may have a second size smaller than the first size of the first opening.
  • the second size of the second opening may be smaller than the minimum size deformable by physical properties such as the deformability or rigidity of the microparticles.
  • the capture structure may comprise a pair of channel patterns formed between opposing sidewalls of the flow chamber to define the fluid channel.
  • At least one of the channel patterns may have a variable shape along an extension direction and define the size of at least one of the first and second openings.
  • at least one of the channel patterns may be deformed by an external force to change the size of the opening of the fluid channel.
  • at least one of the channel patterns may be generated or removed by an external force.
  • one side wall of the flow chamber may be deformed by an external force to form the fluid channel together with the channel patterns of the capture structure.
  • At least some or all of the inner surface of the fluid channel of the capture structure may be deformed to form the capture region.
  • the microparticle processing apparatus further comprises at least one additional structure arranged adjacent to the capture structure within the flow chamber, wherein the additional structure comprises the first port and the second structure.
  • the entry into the fluid channel can be selectively allowed or prevented depending on the direction of movement of the microparticles moving between the ports.
  • the additional structure may be arranged adjacent to the second opening of the capture structure.
  • the additional structure may also include at least one additional structure pattern formed between opposing sidewalls of the flow chamber.
  • the additional structure pattern may be spaced apart from the capture structure by a first distance, and the first distance may be smaller than a minimum diameter deformable by physical properties such as deformation or stiffness of the microparticles.
  • the additional structure pattern may be modified by flow or external force in the fluid to change the separation distance from the capture structure.
  • the additional structure pattern may be generated or removed by an external force.
  • At least one of the capture structure and the additional structure may include a biochemical film or change surface properties to increase or decrease the adhesion of the microparticles.
  • the microparticle processing apparatus includes a first inlet, a second inlet, a flow chamber, and at least one channel array.
  • the first inlet and outlet has a first port through which the fluid containing the microparticles flows in and out.
  • the second outlet portion has a second port through which the fluid flows in and out.
  • the flow chamber is connected to the first port and the second port, respectively, and provides a space for the flow of the fluid between the first and second ports.
  • the channel array is disposed in the flow chamber and arranged adjacent to the capture structure and the capture structure having a fluid channel having a capture area for capturing the microparticles moving from the first port to the second port. And a plurality of unit structures having additional structures for preventing the inflow of another microparticle from the second port into the fluid channel into the fluid channel.
  • the microparticle processing apparatus is formed adjacent to the channel array in the flow chamber, and may further include at least one auxiliary flow path for controlling the flow of the part of the fluid. .
  • the capture structures of the channel array may include channel patterns spaced at different intervals.
  • the capture structures of the channel array may include channel patterns having different shapes.
  • the additional structures of the array may include additional structure patterns spaced at different intervals.
  • the additional structure of the channel array may include at least one additional structure pattern having different shapes.
  • the fluid channels of the unit structures may be arranged parallel to or inclined at a predetermined inclination angle with respect to the flow direction of the fluid.
  • the channel array may comprise capture structures forming fluid channels arranged in two dimensions.
  • the channel arrays may include a first channel array and a second channel array.
  • the first channel array includes first unit structures arranged at an inclination angle with respect to the flow direction of the fluid
  • the second channel array includes the first unit structure with respect to the flow direction of the fluid.
  • the second unit structures may be inclined at a second inclination angle different from the inclination angle.
  • the first inlet and outlet portion is connected to the first port and further comprises a fluid delivery element for at least one function of fluid supply, pressure supply, recovery and drainage for supplying the fluid. It may include.
  • the first inlet and outlet may supply buffer fluids with the fluid to adjust the flow direction of the fluid.
  • the first outlet portion may further include at least one guide structure for adjusting the flow direction of the fluid between the first port and the flow chamber.
  • At least one of the first inlet and the second inlet and the outlet further comprises a filter for preventing the inflow of other particles other than the capture target in the fluid entering and exiting the flow chamber.
  • the filter may include a first filter disposed adjacent the first port and having a larger opening than the first opening of the fluid channel of the capture structure.
  • the filter may include a second filter disposed adjacent the second port and having a smaller opening than the second opening of the fluid channel of the capture structure.
  • the microparticle processing apparatus is disposed adjacent to at least one of the first port, the second port, the unit structure and the channel array to measure the number of the microparticles. It may further include a counter for.
  • At least one of the capture structure and the additional structure may include a biochemical film or change surface properties to increase or decrease the adhesion of the microparticles.
  • the biochemical material may be a material capable of inducing an antigen antibody response.
  • the microparticle processing apparatus configured as described above may include at least one capture structure formed in the flow chamber or a channel array including the capture structures.
  • the microparticle processing apparatus is capable of real-time counting by effectively capturing and recovering microparticles through bidirectional fluid flow in the flow chamber and installing a counter.
  • FIG. 1 is a plan view showing a microparticle processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating first and second input / output units of the microparticle processing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 and 4 are plan views illustrating the first outlet portion of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a flow chamber of the microparticle processing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view illustrating a portion A of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI ′ of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a plan view showing a unit structure of a microparticle processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 9 to 11 are plan views showing a capture structure according to another embodiment of the present invention.
  • 14 to 17 are cross-sectional views taken along the line 'VIII' of FIG. 8 according to another embodiment of the present invention.
  • 18 to 20 are cross-sectional views taken along the line II′-I ′ of FIG. 8 according to another embodiment of the present invention.
  • 21 is a cross-sectional view showing a flow chamber of a microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 22 and 23 are cross-sectional views illustrating a unit structure according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a plan view showing a microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 25 and 26 are plan views illustrating capture structures of a channel array according to another embodiment of the present invention.
  • 27 and 28 are plan views illustrating additional structures of a channel array according to another embodiment of the present invention.
  • 29 is a plan view of a microparticle processing apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 30 and 31 are plan views illustrating counters of a microparticle processing apparatus according to still another exemplary embodiment of the present invention.
  • 32 and 33 are perspective views illustrating a part of a channel array of the microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 34 to 40 are views showing a method for treating microparticles according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • a component When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected to or connected to another component, but it should be understood that there may be another component in between. something to do. On the other hand, if a component is described as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it may be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between the components may be interpreted as well, such as “between” and “directly between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” and the like.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a microparticle processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view illustrating first and second input / output units of the microparticle processing apparatus of FIG. 1.
  • the microparticle processing apparatus 10 includes a first flow inlet, a second outlet, and a flow chamber 110 connected to the first and second outlets, respectively.
  • the flow chamber 110 provides a space for the flow of the fluid including the microparticles, and at least one unit structure is formed in the flow chamber 110 to selectively trap and recover the microparticles.
  • the first inlet and outlet includes a first port 120 through which the fluid including the microparticles flows in and out.
  • the second outlet part includes a second port 130 through which the fluid flows in and out.
  • the flow chamber 110 is connected to the first port 120 and the second port 130, respectively, to provide a space for the flow of the fluid.
  • the first outlet may comprise a first fluid supply element 122 for providing fluid to the flow chamber 110.
  • the first fluid supply element 122 may be connected to the first port 120 to supply a fluid including microparticles.
  • the fluid may be a biological fluid such as blood containing different cell types and biological particles.
  • the fluid may include target particles having information about the health of the organism.
  • the target particle may be a biological microparticle such as a cell, bacteria, virus or the like.
  • the first outlet may further include a fluid delivery element for at least one function of pressure supply, recovery and drainage.
  • the first outlet may comprise a first pressure transfer element 124, a first return element 126, and a first drain element 128.
  • the first pressure transfer element 124 may provide pressure for the flow of fluid from the first port 120 to the second port 130 in the flow chamber 110.
  • the first pressure transfer element 124 may provide a predetermined pressure into the pneumatic flow path formed in the side walls forming the flow chamber 110 or the pneumatic flow path formed in the patterns forming the unit structure.
  • the first recovery element 126 may recover the microparticles selectively captured by the unit structure in the flow chamber 110.
  • the first drainage element 128 may drain the fluid for cleaning the fluid or the flow chamber 110 excluding the microparticles to the outside.
  • the second outlet may comprise a second fluid supply element 132 for providing fluid to the flow chamber 110.
  • the second fluid supply element 132 may be connected to the second port 132 to supply fluid for recovering the microparticles.
  • the second outlet may further include a fluid transfer element for at least one function of pressure supply, recovery and drainage.
  • the second outlet may comprise a second pressure transfer element 134, a second return element 136 and a second drain element 138.
  • the second pressure transfer element 134 may provide pressure for the flow of fluid from the second port 130 to the first port 120 in the flow chamber 110.
  • the second pressure transfer element 134 may provide a predetermined pressure into the pneumatic flow path formed in the side walls forming the flow chamber 110 or the pneumatic flow path formed in the patterns forming the unit structure.
  • the second recovery element 136 may recover the fluid except for the microparticles selectively captured by the unit structure in the flow chamber 110.
  • the second drainage element 138 can drain the fluid for cleaning the flow chamber 110 to the outside.
  • the first port 120 is provided on one side of the flow chamber 110
  • the second port 130 may be provided on the other side of the flow chamber (110).
  • the fluid can move in both directions within the flow chamber 110.
  • the fluid may move from the first port 120 toward the second port 130 in the flow chamber 110 for selective capture of microparticles in the fluid.
  • the fluid may move from the second port 130 toward the first port 120 in the flow chamber 110 for recovery of the selectively trapped microparticles.
  • the first and second outlets may induce hydrodynamic hydraulic pressure for the flow of fluid in the flow chamber 110.
  • the first and second outlets may include mechanical principles (external syringe pumps, pneumatic membrane pumps, vibrating membrane pumps, vacuum device, centrifugal force and capillary action), electrical or magnetic principles (electric fluids). Dynamic pumps and magnetohydrodynamic pumps), thermodynamic principles, and the like.
  • the microparticle processing apparatus 10 may further include counters 300 and 310 for measuring the number of microparticles that are selectively captured.
  • the first counter 300 may be disposed adjacent to the first port 120.
  • the second counter 310 may be disposed adjacent to the second port 130. The counter may be selectively disposed at any one of the first port 120 and the second port 130.
  • FIG. 3 and 4 are plan views illustrating the first outlet portion of FIG. 1.
  • the fluid including the microparticles may flow into the flow chamber 110 through the first flow passage 121 of the first outlet portion of the microparticle processing apparatus 10.
  • the fluid may be moved into the flow chamber 110 by the first fluid supply element 122 and the first fluid delivery element of the first outlet.
  • the fluid f1 may flow in a layer with the buffer fluids b1 and b2 in the first flow path 121. Therefore, the flow direction of the fluid may be adjusted according to the flow rate change of the buffer fluids b1 and b2.
  • the flow rate of the first buffer fluid b1 may be greater than the flow rate of the second buffer fluid b2. Thus, the fluid may be deflected toward the second buffer fluid b2 and flow into the flow chamber 110.
  • the flow rate of the first buffer fluid b1 may be smaller than the flow rate of the second buffer fluid b2. Thus, the fluid may be deflected toward the first buffer fluid b1 and flow into the flow chamber 110.
  • the first outlet portion may include a guide structure 123 for adjusting a flow direction of the fluid.
  • the pair of guide structures 123 may be provided at the entrance of the flow chamber 110 adjacent to the first flow passage 121.
  • the fluid including the microparticles may exit the first flow passage 121 and enter the diffusion region, which is the entrance of the flow chamber 110.
  • the fluid may flow into the flow chamber 110 along the boundaries of the guide structures 123 on the diffusion region.
  • the flow direction of the fluid can be adjusted along the pair of guide structures 123 on the diffusion region.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a flow chamber of the microparticle processing apparatus of FIG. 1
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view illustrating a portion A of FIG. 5
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI ′ of FIG. 5.
  • the microparticle processing apparatus 10 includes at least one channel array provided in the flow chamber 110 to selectively capture and recover microparticles in a fluid.
  • the channel array includes a plurality of unit structures, and the unit structures may selectively capture and recover the microparticles from the fluid moving in the flow chamber 110.
  • the first, second, third and fourth channel arrays 200, 201, 202, 203 are flow chambers from the first port 120 towards the second port 130. May be arranged sequentially within the 110.
  • the fluid moves in the flow chamber 110 in a first flow direction, ie from the first port 120 to the second port 130, the fluid is sequentially arranged in the first, second, third and fourth channel arrays. Can pass through the fields 200, 201, 202, and 203.
  • the first flow direction may be a capture flow direction for capturing the microparticles in the fluid.
  • the fluid moves in the flow chamber 110 in a second direction, ie from the second port 130 to the first port 120, the fluid is sequentially in the fourth, third, second and first channels. May pass through the arrays 203, 202, 201, 200.
  • the second direction may be a recovery flow direction for recovering the captured microparticles.
  • the unit structures of the channel array may be arranged such that the fluid channels of the unit structures are parallel to the flow direction of the fluid.
  • the first channel array 200 may include a plurality of first unit structures.
  • the second channel array 201 may include a plurality of second unit structures.
  • the third to fourth channel arrays 202 and 203 may include a plurality of unit structures that are similar or identical to the first and second unit structures.
  • the first unit structure may include first capture structures 210a and 210b and a first additional structure 220.
  • the second unit structure may include a second capture structure and a second additional structure.
  • the second capture structure may be the same as or similar to the first capture structure.
  • the second additional structure may be the same as or similar to the first additional structure.
  • the first capture structures 210a and 210b may have a fluid channel in which a capture area for capturing microparticles in the fluid moving from the first port 120 to the second port 130 is formed.
  • the first additional structure 220 is arranged adjacent to the first capture structures 210a and 210b to allow the inflow of another microparticle into the fluid channel from another port 130 to the first port 120. You can prevent it. A detailed description of the unit structure will be described later with reference to FIG. 8.
  • the microparticle processing apparatus 10 may further include at least one auxiliary flow path 250, 251, 252 for controlling the flow of a part of the fluid in the flow chamber 110.
  • the auxiliary flow paths 250, 251, and 252 may adjust the flow rate of the fluid passing through the channel arrays or the flow direction of the fluid in the flow chamber 110.
  • the first auxiliary flow path 250 may be formed adjacent to the first channel array 200.
  • the first auxiliary channel 250 may be disposed in the same column as the first channel array 200.
  • the first auxiliary channel 250 may be provided at one end of the first channel array 200.
  • the first auxiliary flow path 250 may be provided in the middle portion of the first channel array 200.
  • the first auxiliary flow path 250 may provide a space for the flow of a portion of the fluid to adjust the flow rate of the fluid passing through the first channel array 200 or to control the flow direction of the fluid.
  • the second auxiliary flow path 251 may be formed adjacent to the second channel array 201.
  • the second auxiliary channel 251 may be disposed in the same column as the second channel array 201.
  • the second auxiliary flow path 251 may provide a space for the flow of a portion of the fluid to adjust the flow rate of the fluid passing through the second channel array 201 or to control the flow direction of the fluid.
  • the third auxiliary flow path 252 may be formed adjacent to the third channel array 202.
  • the third auxiliary flow path 252 may be disposed in the same column as the third channel array 202.
  • the third auxiliary flow path 252 may provide a space for the flow of a portion of the fluid to adjust the flow rate of the fluid passing through the third channel array 202 or to control the flow direction of the fluid.
  • the unit structure of the channel array may be formed between opposing sidewalls (upper and lower walls 112 and 114) of the flow chamber 110.
  • the unit structure may include a pair of channel patterns 210a and 210b defining a fluid channel 201 between sidewalls of the flow chamber 110.
  • the pair of channel patterns 210a and 210b may be patterns extending along the flow direction of the fluid between the sidewalls of the flow chamber 110.
  • the patterns can be formed by semiconductor fabrication processes including photolithography, growth of a crystal structure and etching.
  • the flow chamber 110 and the channel array may be formed using a polymer material, an inorganic material, or the like.
  • the polymer material include PDMS (polydimethylsiloxane), PMMA (polymethylmethacrlyate), and the like. Glass, quartz, silicon, etc. are mentioned as an example of the said inorganic material.
  • FIG. 8 is a plan view showing a unit structure of a microparticle processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the unit structure of the microparticle processing apparatus 10 includes at least one capture structure 210a and 210b provided in the flow chamber 110.
  • the capture structures 210a and 210b may include a pair of channel patterns formed between both sidewalls of the flow chamber 110.
  • the pair of channel patterns may include a first channel pattern 210a and a second channel pattern 210b.
  • the first channel pattern 210a and the second channel pattern 210b may extend to face each other between the side walls of the flow chamber 110 to form a fluid channel.
  • the fluid channel has a first opening 212 and a second opening 214 through which fluid flows in and out, respectively.
  • the distance between the first and second channel patterns 210a and 210b may be formed to have widths varying along the extending direction.
  • the fluid channel may have a capture area 216 having varying cross-sectional shapes between the first opening 212 and the second opening 214.
  • the first opening 212 may have a first size
  • the second opening 214 may have a second size smaller than the first size.
  • the second size of the second opening 214 may be smaller than the minimum size deformable by physical properties such as the deformability or stiffness of the microparticles.
  • the first opening 212 may have a first diameter D1 or a first width.
  • the second opening 214 may have a second diameter D2 smaller than the first diameter D1 or a second width smaller than the first width D1.
  • the capture area 216 may have cross-sectional shapes that gradually decrease from the first opening 212 toward the second opening 214. That is, the capture region 216 may have varying cross-sectional areas that gradually decrease with the first flow direction of the fluid.
  • the fluid may pass through the fluid channels of the capture structures 210a and 210b. In this case, the fluid flows into the first opening 212 of the fluid channel and then flows out of the second opening 214 past the capture area 216. In addition, as the fluid moves from the second port 130 to the first port 120, the fluid flows into the second opening 214 of the fluid channel and then out of the first opening 212.
  • the second diameter D2 of the second opening 214 may be smaller than the minimum deformable diameter of the microparticles in the fluid.
  • the first diameter D1 of the first opening 212 may be larger than the minimum deformable diameter of the microparticles.
  • the microparticles introduced into the first opening 212 are second to the second. It does not exit the opening 214 and remains in the capture area 216.
  • the microparticles captured in the capture region 216 may be recovered by a recovery fluid moving from the second port 130 to the first port 120.
  • the unit structure of the microparticle processing apparatus 10 may further include at least one additional structure 220 arranged adjacent to the capture structures 210a and 210b in the flow chamber 110.
  • the additional structure 220 may be at least one additional structure pattern formed between both sidewalls of the flow chamber 110.
  • the additional structure 220 may be arranged adjacent to the second opening 214 of the fluid channel of the capture structures 210a and 210b.
  • the additional structure 220 may be spaced apart from the second opening 214 by a first distance L0.
  • the first distance L1 may be selected to be smaller than the minimum deformable diameter of the microparticles. Accordingly, the additional structure 220 may be used to efficiently recover the microparticles captured in the capture area 216 of the capture structures 210a and 210b.
  • the additional structure 220 is another microparticles contained in the fluid capture structure (210a) , 210b may be prevented from entering the fluid channel.
  • the additional structure 220 may selectively allow or prevent inflow into the fluid channel according to the moving direction of the microparticles moving between the first port 120 and the second port 130.
  • 9 to 11 are plan views showing a capture structure according to another embodiment of the present invention.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b of the capture structure have cross-sectional shapes that gradually increase from the first opening 212 toward the second opening 214 and then decrease again. Can be.
  • the capture area 216 of the capture structures 210a and 210b may be defined by gradually decreasing cross-sectional shapes.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b of the capture structure may have a first channel region 202 and a second channel region 203.
  • the first channel region 202 may have cross-sectional shapes that gradually decrease from the first opening 212 toward the second opening 214.
  • the second channel region 203 may have cross-sectional shapes that gradually increase from the second opening 203 toward the third opening 218.
  • the capture region 216 of the capture structures 210a and 210b may be defined in the first channel region 202.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b may be asymmetrically formed.
  • the width of the first channel pattern 210a may gradually increase along the extension direction, and the width of the second channel pattern 210b may gradually increase along the extension direction and then decrease again.
  • the second diameter D2 may be defined in a region having a diameter smaller than the minimum deformable diameter of the microparticles between the first and second channel patterns 210a and 210b.
  • first and second channel patterns 210a and 210b having a variable shape along the extension direction may define at least one of the first and second openings 212 and 214.
  • the additional structure 220 may have an arc shape or a V shape.
  • the separation distance between the additional structure 220 and the capture structures 210a and 210b may be gradually increased about the second opening 214 of the capture structures 210a and 210b.
  • the additional structure according to another embodiment of the present invention can facilitate the flow in the fluid channel for the recovery of the trapped microparticles.
  • 14 to 17 are cross-sectional views taken along the line 'VIII' of FIG. 8 according to another embodiment of the present invention.
  • At least one of the first and second channel patterns 210a and 210b of the capture structure may be deformed by an externally applied force or pressure to change the size of the openings of the fluid channel.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b may include a deformable polymer material.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b may be deformed by hydraulic pressure to change the sizes of the openings of the fluid channel.
  • At least one of the first and second channel patterns 210a and 210b of the capture structure may be deformed by pneumatic pressure.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b may include a polymer material deformable by a pneumatic line formed therein.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b When air is filled in the pneumatic lines formed inside the first and second channel patterns 210a and 210b facing each other, the first and second channel patterns 210a and 210b are horizontally expanded to be variable. It is possible to form a fluid channel having cross-sectional shapes. Therefore, the first and second channel patterns 210a and 210b that are deformable by pneumatic pressure may define a diameter (size) of at least one of the first and second openings of the fluid channel.
  • At least one of the first and second channel patterns 210a and 210b of the capture structure may be modified to be generated or removed by an externally applied force or pressure.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b are vertically aligned. It can be expanded and created to form a fluid channel having varying cross-sectional shapes.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b may be vertically contracted and removed. have.
  • 18 to 20 are cross-sectional views taken along the line II′-I ′ of FIG. 8 according to another embodiment of the present invention.
  • the additional structure 220 may be deformed by a force or pressure applied from the outside.
  • the additional structure pattern 220 formed between the side walls 112 and 114 of the flow chamber 110 is a fluid moving from the second flow direction F2, that is, from the second port 130 to the first port 120. It can be modified by the flow of.
  • the additional structure pattern 220 may be deformed toward the second opening 214 of the capture structures 210a and 210b. Therefore, the separation distance between the additional structure pattern 220 and the capture structures 210a and 210b may be reduced by the flow of the fluid.
  • the additional structure pattern 220 when the fluid moves from the first flow direction F1, ie, from the first port 120 to the second port 130, the additional structure pattern 220 is captured structure 210a, 210b. It may be modified to be further away from the second opening 214 of the. Therefore, the separation distance between the additional structure pattern 220 and the capture structures 210a and 210b may be increased by the flow of the fluid.
  • the additional structure 220 may be generated or removed by an external force or pressure.
  • the additional structure 220 can be deformed by pneumatics.
  • the additional structure pattern 220 may include a polymer material deformable by a pneumatic line formed therein.
  • the additional structure pattern 220 may be formed on the lower wall 114 of the flow chamber 110 and the additional structure pattern 220 may be spaced apart from the upper wall 112 of the flow chamber 110.
  • the additional structure pattern 220 may vertically expand and generate to contact the upper wall 112 of the flow chamber 110. Therefore, when the fluid moves from the second port 130 to the first port 120, the additional structure 220 is formed so that another microparticles contained in the fluid enter the fluid channel of the capture structure (210a, 210b) Can be prevented.
  • the additional structure pattern 220 when the air is filled in the pneumatic lines formed inside the additional structure pattern 220, the additional structure pattern 220 opens the second openings 214 of the capture structures 210a and 210b. To expand horizontally. Therefore, the separation distance between the additional structure pattern 220 and the capture structures 210a and 210b may be reduced by the pneumatic pressure.
  • 21 is a cross-sectional view showing a flow chamber of a microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the unit structures may be formed on the lower wall 114 of the flow chamber 110 and the unit structures may be spaced apart from the upper wall 112 of the flow chamber 110.
  • the capture structures 210a and 210b are formed on the lower wall 114 of the flow chamber 110, and the capture structures 210a and 210b are the upper wall of the flow chamber 110. May be spaced from 112.
  • one side wall of the flow chamber 110 may be deformed by an external force to form the fluid channel together with the channel patterns 210a and 210b of the capture structure.
  • the upper wall 112 of the flow chamber 110 may be deformed by pneumatic pressure.
  • the top wall 112 of the flow chamber 110 may comprise a polymeric material deformable by pneumatic lines formed therein. When air is filled in the pneumatic line formed inside the upper wall 112 of the flow chamber 110, it expands downward so that the lower surface 113 of the upper wall 112 contacts the capture structures 210a and 210b. can do.
  • the upper wall 112 of the flow chamber 110 expands by pneumatic pressure, thereby forming capture structures 210a and 210b defining fluid channels between the upper and lower walls 112 and 114 of the flow chamber 110. Can be.
  • 22 and 23 are cross-sectional views illustrating a unit structure according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the unit structure may further include a biochemical material film formed on a surface of at least one of the capture structure and the additional structure.
  • a biochemical material film formed on a surface of at least one of the capture structure and the additional structure.
  • at least one of the capture structure and the additional structure may be Surface treatment can change physical or biochemical surface properties such as surface roughness.
  • the material layers 240a and 240b may be formed on the channel patterns 210a and 210b formed on the lower wall 114 of the flow chamber, respectively.
  • the additional structure pattern 220 is formed on the upper wall 112, and after the material layers 240a and 240b are formed on the channel patterns 210a and 210b.
  • the bottom walls 114 may be coupled to each other to form a fluid channel.
  • the biochemical film layers 240a and 240b are formed on the surface of the fluid channel defined by the channel patterns 210a and 210b to increase adhesion to the microparticles.
  • another biochemical material film may be formed on the additional structure pattern 220.
  • the other material film formed on the additional structure pattern 220 may reduce the adhesion with the microparticles.
  • the material layers 240a, 240b and 245 may be formed on the channel patterns 210a and 210b and the additional structure pattern 220 formed on the bottom wall of the flow chamber, respectively.
  • the upper wall 112 and the lower wall 114 are coupled to each other to form a fluid channel.
  • the biochemical film layers 240a, 240b, and 245 increase or decrease adhesion to the microparticles, thereby facilitating selective capture and recovery of the microparticles in the fluid.
  • FIG. 24 is a plan view showing a microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the first outlet portion may further include a first filter 400, and the second outlet portion may further include a second filter 410.
  • the first filter 400 may be disposed adjacent to the first port 120, and the second filter 410 may be disposed adjacent to the second port 130.
  • the first filter 400 may be provided to filter the fluid entering and exiting between the first port 120 and the flow chamber 110.
  • the second filter 400 may be provided to filter the fluid flowing in and out between the second port 130 and the flow chamber 110.
  • the first filter may have an opening larger than the first opening of the fluid channel of the capture structure.
  • the opening of the first filter may have a diameter larger than the first diameter of the first opening of the fluid channel.
  • the second filter may also have an opening smaller than the second opening of the fluid channel of the capture structure.
  • the opening of the second filter can have a diameter smaller than the second diameter of the second opening of the fluid channel.
  • the first and second filters may prevent the inflow of other particles not being captured in the fluid entering and exiting the flow chamber 110.
  • 25 and 26 are plan views illustrating capture structures of a channel array according to another embodiment of the present invention.
  • the capture structures of the channel array may include channel patterns spaced at different intervals.
  • the first and second channel patterns 210a and 210b may be spaced apart from the adjacent first and second channel patterns 210c and 210d by a first interval d1.
  • the first and second channel patterns 210e and 210f may be spaced apart from the adjacent first and second channel patterns 210c and 210d by a second distance d2.
  • the capture structures of the channel array may include channel patterns having different shapes.
  • first and second channel patterns 210a and 210b face each other symmetrically, and the widths of the first and second channel patterns 210a and 210b may gradually increase along the extension direction. have.
  • the channel region formed by the first and second channel patterns 210c and 210d may have cross-sectional shapes that gradually increase in the extending direction and then decrease again. Widths of the first and second channel patterns 210e and 210f may gradually increase in the extending direction and then decrease again.
  • the first and second channel patterns 210g and 210h may be asymmetrically formed with each other, and the width of the first channel pattern 210g gradually increases along the extending direction and the width of the second channel pattern 210h. May gradually increase along the direction of extension and decrease again.
  • 27 and 28 are plan views illustrating additional structures of a channel array according to another embodiment of the present invention.
  • the additional structures of the channel array may include additional structure patterns spaced at different intervals.
  • the additional structure patterns 220a may be arranged at the first separation distance d1.
  • the additional structure pattern 220a may be arranged to be adjacent to the additional structure pattern 220b and the second separation distance d2 that is different from the first separation distance d1.
  • additional structures of the channel array may include additional structure patterns having different shapes.
  • the additional structure pattern 220a may have a plate shape.
  • the additional structure pattern 220b may have an arc shape.
  • the additional structure pattern 220c may have a V shape.
  • 29 is a plan view of a microparticle processing apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • channel arrays of the microparticle processing apparatus may include a plurality of unit structures arranged at different angles.
  • the unit structures may be arranged to be inclined at a predetermined slope with respect to the first flow direction F1.
  • the first and third channel arrays 200 and 202 may include a plurality of unit structures that are inclined to have a negative inclination angle with respect to the extension line of the first flow direction F1.
  • the second channel array 201 may include a plurality of unit structures that are inclined to have a positive inclination angle with respect to the extension line of the first flow direction F1.
  • the third channel array 203 may include a plurality of unit structures arranged in parallel with an extension line of the first flow direction F1. It will be appreciated that the inclination angles of the unit structures with respect to the extension line of the first flow direction F1 are not limited thereto and may be selected according to the flow direction and the flow velocity of the fluid.
  • FIGS. 30 and 31 are plan views illustrating counters of a microparticle processing apparatus according to still another exemplary embodiment of the present invention.
  • the microparticle processing apparatus may further include a counter installed in the unit structure to measure the number of microparticles captured in the unit structure.
  • the third counters 420a and 420b are disposed at the inlet and outlet (first and second openings) of the fluid channel defined by the channel patterns 210a and 210b and captured in one fluid channel. The number of microparticles can be measured.
  • the microparticle processing apparatus may further include a counter installed in the channel array to measure the number of microparticles captured in the channel array.
  • the fourth counters 422 and 424 may be disposed at the inlets and outlets of the fluid channels of the unit structures, respectively, to measure the number of microparticles captured by the first channel array 200.
  • 32 and 33 are perspective views illustrating a part of a channel array of the microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • another microparticle processing device in another embodiment of the present invention may include at least one channel array 204, 205 having fluid channels 216 arranged in two dimensions. Can be. Fluid channels 216 may be arranged in an m ⁇ n matrix, where m and n are natural numbers to form channel arrays 204 and 205.
  • the fluid channels 216 of the channel array 204 may be repeatedly arranged along a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
  • the channel array 204 is arranged within the flow chamber 110, and the flow chamber 110 may have a polygonal column or cylinder shape.
  • the flow chamber 110 may extend along a third direction orthogonal to the first and second directions.
  • the channel array 204 can be arranged on a plane defined by the first and second directions and the capture structures of the channel array 204 can form fluid channels 216 arranged in two dimensions. . Fluid may pass through the channel array 204 in the flow chamber 110 to be orthogonal to the plane of the channel array 204.
  • the fluid channel 201 of the channel array 204 may have a square pyramid shape.
  • the first opening 212 of the fluid channel 201 may have a first size and the second opening 214 may have a second size that is smaller than the first size.
  • the capture region of the microparticles can be formed to have variable cross-sectional shapes between the first opening 212 and the second opening 214.
  • the second size of the second opening 214 may be smaller than the minimum size deformable to physical properties such as the deformability or stiffness of the microparticles.
  • the fluid channel 201 of the channel array 205 may have a truncated cone shape.
  • the capture region of the microparticles can be formed to have variable cross-sectional shapes between the first opening 212 and the second opening 214.
  • each of the fluid channels 201 of the channel arrays 204, 205 may be deformed at least in part or in whole to form the capture region.
  • 34 to 40 are views showing a method for treating microparticles according to an embodiment of the present invention.
  • the fluid containing the microparticles is moved from the first port 120 to the second port 130 via the flow chamber 110 by hydrodynamic hydraulic pressure.
  • auxiliary flow paths 250, 251, and 252 may be formed in at least some of the channel arrays.
  • the auxiliary flow paths 250, 251, and 252 may provide a space for the flow of a part of the fluid to adjust the flow rate of the fluid passing through the channel arrays or to control the flow direction of the fluid.
  • portions of the fluid pass through the unit structures of each channel array.
  • the fluid when the fluid moves from the first port 120 toward the second port 130 in the first flow direction F1, the fluid is captured structures 210a and 210b of the unit structure. After flowing through the fluid channel formed by), it passes through the channel array via the additional structure 220 of the unit structure.
  • the microparticles in the fluid may have a larger diameter (Wt) than other particles (C).
  • the remaining particles C except the microparticles may pass through the fluid channels of the capture structures 210a and 210b and then exit the channel array through the additional structure 220.
  • the microparticles may have deformability due to local pressure in the channel array.
  • the microparticles having such deformability may enter the fluid channel through the first openings of the capture structures 210a and 210b.
  • the second openings of the capture structures 210a and 210b may have a diameter smaller than the minimum deformable diameter of the microparticles.
  • the microparticles remain in the capture region 216 having variable cross-sectional shapes between the first opening and the second opening.
  • the capture position of the microparticles in the capture region 216 may be determined according to physical properties such as deformation or stiffness.
  • another fluid is moved from the second port 130 through the flow chamber 110 to the first port 120 by hydrodynamic hydraulic pressure to recover the trapped microparticles.
  • the fluid when the fluid moves from the second port 130 to the first port 110 in the flow chamber 110, the fluid is sequentially fourth, third, second and third It may pass through one channel arrays 203, 202, 201, 200.
  • the auxiliary flow paths 252, 251, and 250 may provide a space for the flow of a part of the fluid to adjust the flow rate of the fluid passing through the channel arrays or to control the flow direction of the fluid.
  • portions of the fluid pass through the unit structures of each channel array.
  • the fluid when the fluid moves from the second port 130 toward the first port 120 in the second flow direction F2, the fluid moves the additional structure 220 of the unit structure. After passing through the fluid channel of the capture structure (210a, 210b) of the unit structure and passes through the channel array.
  • the additional structure 220 may be spaced apart from the second openings of the capture structures 210a and 210b by a first distance L1.
  • the first distance L1 may be selected to be smaller than the minimum deformable diameter of the microparticles. Accordingly, the additional structure 220 may prevent another microparticles contained in the fluid from entering the fluid channels of the capture structures 210a and 210b.
  • the trapping area of the catching structures 210a and 210b (The microparticles T remaining in 216 exit the first openings of the capture structures 210a and 210b by the flow of the fluid. Therefore, the microparticles 210a and 210b leaked as described above may move to the first port 120 and be collected as a recovery element.
  • the microparticle processing apparatus may include at least one capture structure formed in the flow chamber or a channel array including the capture structures.
  • the microparticle processing apparatus is capable of real-time counting by effectively capturing and recovering microparticles through bidirectional fluid flow in the flow chamber and installing a counter.
  • microparticles in the fluid is a biological entity, it is possible to effectively capture and recover the microparticles while maintaining viability of the microparticles.
  • microparticle processing device 110 flow chamber
  • first fluid supply element 123 guide structure
  • first pressure transmission element 126 first recovery element
  • first drain element 130 second port
  • first opening 214 second opening

Landscapes

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Abstract

미소입자 처리 장치는 유동 챔버 및 적어도 하나의 포획 구조물을 포함한다. 상기 유동 챔버는 제1 포트 및 제2 포트에 각각 연결되며, 상기 제1 및 제2 포트들 사이에 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공한다. 상기 포획 구조물은 상기 유동 챔버 내에 구비되어 유체 채널을 형성하고, 상기 유체 채널은 제1 개구 및 제2 개구를 가지며, 상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 이동하는 상기 미소입자를 포획하기 위한 가변적 단면 형상들을 갖는 포획 영역이 형성된다.

Description

미소입자 선택적 포획-회수 장치
본 발명은 미소입자 처리 장치에 관한 것으로, 특히 유체 내의 미소입자를 선택적으로 포획하고, 포획된 미소입자를 회수할 수 있는 미소입자 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 유체 내에서 미소입자를 검출 및 포획하는 기술은 생화학적 표면처리를 통한 미소입자와 표면 간의 접착력을 강화하는 것, 또는 미소입자의 단일 물리적 성질을 이용하는 것이다.
그러나 미소입자의 생화학적 특성 혹은 물리적 특성 중 단일 특성만을 이용하여 목적하는 미소입자만을 검출함에 있어서, 다른 미소입자가 섞여서 검출되는 문제, 검출과정에서 미소입자의 손실, 미소입자의 생화학적 특성 변화 등의 문제가 있다.
본 발명의 목적은 미소입자의 다중 특성을 이용하여 미소입자를 분리 및 검출할 수 있는 미소입자 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유동 챔버 내에서 양방향으로 유체를 공급하여 미소입자를 포획 및 회수할 수 있는 미소입자 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 유동 챔버 및 적어도 하나의 포획 구조물을 포함한다. 상기 유동 챔버는 제1 포트 및 제2 포트에 각각 연결되며, 상기 제1 및 제2 포트들 사이에 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공한다. 상기 포획 구조물은 상기 유동 챔버 내에 구비되어 유체 채널을 형성하고, 상기 유체 채널은 제1 개구 및 제2 개구를 가지며, 상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 이동하는 상기 미소입자를 포획하기 위한 가변적 단면 형상들을 갖는 포획 영역이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 개구는 상기 제1 개구의 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가질 수 있다. 상기 제2 개구의 제2 크기는 상기 미소입자의 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 의해 변형 가능한 최소 크기보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포획 구조물은 상기 유동 챔버의 마주보는 측벽들 사이에 형성되어 상기 유체 채널을 정의하는 한 쌍의 채널 패턴들을 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 채널 패턴들 중 적어도 하나는 연장 방향을 따라 가변적 형상을 가지며 상기 제1 및 제2 개구들 중 적어도 하나의 크기를 정의할 수 있다. 또한, 상기 채널 패턴들 중 적어도 하나는 외력에 의해 변형되어 상기 유체 채널의 개구의 크기를 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 채널 패턴들 중 적어도 하나는 외력에 의해 생성 또는 제거될 수 있다. 더욱이, 상기 유동 챔버의 일측벽은 외력에 의해 변형되어 상기 포획 구조물의 상기 채널 패턴들과 함께 상기 유체 채널을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포획 구조물의 상기 유체 채널의 내부면은 적어도 일부 또는 전부가 변형되어 상기 포획 영역을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미소입자 처리 장치는 상기 유동 챔버 내에서 상기 포획 구조물에 인접하게 배열되는 적어도 하나의 부가 구조물을 더 포함하며, 상기 부가 구조물은 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이를 이동하는 미소입자의 이동 방향에 따라 상기 유체 채널로의 유입을 선택적으로 허용 또는 방지할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 부가 구조물은 상기 포획 구조물의 상기 제2 개구에 인접하게 배열될 수 있다.
또한, 상기 부가 구조물은 상기 유동 챔버의 마주보는 측벽들 사이에 형성된 적어도 하나의 부가 구조물 패턴을 포함할 수 있다. 상기 부가 구조물 패턴은 상기 포획 구조물로부터 제1 거리만큼 이격되며, 상기 제1 거리는 상기 미소입자의 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 의해 변형 가능한 최소 직경보다 작을 수 있다. 또한, 상기 부가 구조물 패턴은 상기 유체에 흐름 또는 외력에 의해 변형되어 상기 포획 구조물과의 이격 거리를 변화시킬 수 있다. 상기 부가 구조물 패턴은 외력에 의해 생성 또는 제거될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 포획 구조물 및 상기 부가 구조물 중 적어도 어느 하나는 상기 미소입자의 접착력을 증가 또는 감소시키기 위한 생화학적 물질막을 포함하거나 표면의 특성이 변화될 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 제1 유출입부, 제2 유출입부, 유동 챔버 및 적어도 하나의 채널 어레이를 포함한다. 상기 제1 유출입부는 미소입자를 포함하는 유체가 유출입되는 제1 포트를 갖는다. 상기 제2 유출입부는 상기 유체가 유출입되는 제2 포트를 갖는다. 상기 유동 챔버는 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트에 각각 연결되며, 상기 제1 및 제2 포트들 사이에 상기 유체의 흐름을 위한 공간을 제공한다. 상기 채널 어레이는 상기 유동 챔버 내에 구비되며, 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 이동하는 상기 미소입자를 포획하기 위한 포획 영역이 형성된 유체 채널을 갖는 포획 구조물 및 상기 포획 구조물과 인접하게 배열되어 상기 제2 포트로부터 상기 제1 포트로 이동하는 또 다른 미소입자의 상기 유체 채널로의 유입을 방지하기 위한 부가 구조물을 갖는 다수개의 단위 구조물들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미소입자 처리 장치는, 상기 유동 챔버 내에서 상기 채널 어레이에 인접하게 형성되며, 상기 유체 일부의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 보조 유로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 채널 어레이의 상기 포획 구조물들은 서로 다른 간격들로 이격된 채널 패턴들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 채널 어레이의 상기 포획 구조물들은 서로 다른 형상들을 갖는 채널 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 어레이의 상기 부가 구조물들은 서로 다른 간격들로 이격된 부가 구조물 패턴들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 채널 어레이의 상기 부가 구조물은 서로 다른 형상들을 갖는 적어도 하나의 부가 구조물 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단위 구조물들의 상기 유체 채널들은 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 평행하거나 소정의 경사각으로 기울어져 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 채널 어레이는 2차원으로 배열된 유체 채널들을 형성하는 포획 구조물들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 채널 어레이들은 제1 채널 어레이 및 제2 채널 어레이를 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 채널 어레이는 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 제1 경사각을 기울어져 배열된 제1 단위 구조물들을 포함하고, 상기 제2 채널 어레이는 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 상기 제1 경사각과 다른 제2 경사각으로 기울어져 배열된 제2 단위 구조물들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부는, 상기 제1 포트에 연결되며, 상기 유체를 공급하는 유체 공급, 압력 공급, 회수 및 배수 중에서 적어도 어느 하나의 기능을 위한 유체 전달 요소를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부는 상기 유체와 함께 버퍼 유체들을 공급하여 상기 유체의 흐름 방향을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부는 상기 제1 포트 및 상기 유동 챔버 사이에 유체의 흐름 방향을 조절할 수 있는 적어도 하나의 가이드 구조물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부 및 상기 제2 유출입부 중 적어도 어느 하나는 상기 유동 챔버를 출입하는 유체 내 포획 대상이 아닌 다른 미소입자의 유입을 방지하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 제1 포트에 인접하게 배치되고, 상기 포획 구조물의 상기 유체 채널의 제1 개구보다 더 큰 개구를 갖는 제1 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 제2 포트에 인접하게 배치되고, 상기 포획 구조물의 상기 유체 채널의 제2 개구보다 더 작은 개구를 갖는 제2 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미소입자 처리 장치는, 상기 제1 포트, 상기 제2 포트, 상기 단위 구조물 및 상기 채널 어레이 중에서 적어도 어느 하나에 인접하게 배치되어 상기 미소입자의 개수를 측정하기 위한 계수기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 포획 구조물 및 상기 부가 구조물 중 적어도 어느 하나는 상기 미소입자의 접착력을 증가 또는 감소시키기 위한 생화학적 물질막을 포함하거나 표면의 특성이 변화될 수 있다. 또한, 상기 생화학적 물질은 항원항체반응을 유도할 수 있는 물질일 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 유동 챔버 내에 형성된 적어도 하나의 포획 구조물 또는 상기 포획 구조물들을 포함하는 채널 어레이를 포함할 수 있다. 상기 미소입자 처리 장치는 상기 유동 챔버 내의 양방향 유체 흐름을 통해 미소입자를 효과적으로 포획 및 회수하고, 계수기를 설치함으로써 실시간 계수가 가능하다.
본 발명의 상기의 측면들 및 다른 측면들과 이점들은 수반하는 도면들과 함께 하기의 본 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 미소입자 처리 장치의 제1 및 제2 입출력부들을 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 제1 유출입부를 나타내는 평면도들이다.
도 5는 도 1의 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분을 나타내는 확대 사시도이다.
도 7은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 단위 구조물을 나타내는 평면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포획 구조물을 나타내는 평면도들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부가 구조물을 나타내는 평면도들이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 8의 Ⅹ-Ⅹ' 라인을 따라 절단한 단면도들이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 8의 ⅩI-ⅩI' 라인을 따라 절단한 단면도들이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 구조물을 나타내는 단면도들이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 어레이의 포획 구조물들을 나타내는 평면도들이다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 어레이의 부가 구조물들을 나타내는 평면도들이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 30 및 도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 계수기를 나타내는 평면도들이다.
도 32 및 도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 채널 어레이의 일부를 나타내는 사시도들이다.
도 34 내지 도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 방법을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 미소입자 처리 장치 및 이를 이용한 미소입자 처리 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에"또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이며, 도 2는 도 1의 미소입자 처리 장치의 제1 및 제2 입출력부들을 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 미소입자 처리 장치(10)는 제1 유출입부, 제2 유출입부 및 상기 제1 및 제2 유출입부들에 각각 연결되는 유동 챔버(110)를 포함한다. 유동 챔버(110)는 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며, 유동 챔버(110) 내에는 상기 미소입자를 선택적으로 포획 및 회수하기 위한 적어도 하나의 단위 구조물이 형성된다.
상기 제1 유출입부는 미소입자를 포함한 유체가 유출입되는 제1 포트(120)를 포함한다. 상기 제2 유출입부는 상기 유체가 유출입되는 제2 포트(130)를 포함한다. 유동 챔버(110)는 제1 포트(120) 및 제2 포트(130)에 각각 연결되어 상기 유체의 흐름을 위한 공간을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부는 유체를 유동 챔버(110)에 제공하기 위한 제1 유체 공급 요소(122)를 포함할 수 있다. 제1 유체 공급 요소(122)는 제1 포트(120)에 연결되어 미소입자를 포함하는 유체를 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 유체는 서로 다른 세포 타입들과 생물학적 입자들을 포함하는 혈액과 같은 생체 유체일 수 있다. 상기 유체는 생물의 건강에 관한 정보를 갖는 표적 입자를 포함할 수 있다. 상기 표적 입자는 세포, 박테리아, 바이러스 등과 같은 생물학적 미소입자일 수 있다.
또한, 상기 제1 유출입부는 압력 공급, 회수 및 배수 중에서 적어도 어느 하나의 기능을 위한 유체 전달 요소를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 유출입부는 제1 압력 전달 요소(124), 제1 회수 요소(126) 및 제1 배수 요소(128)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 압력 전달 요소(124)는 유동 챔버(110) 내에서 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로의 유체의 흐름을 위한 압력을 제공할 수 있다. 또한, 제1 압력 전달 요소(124)는 유동 챔버(110)를 형성하는 측벽들 내에 형성된 공압 유로 또는 상기 단위 구조물을 형성하는 패턴들 내에 형성된 공압 유로 내로 소정의 압력을 제공할 수 있다. 제1 회수 요소(126)는 유동 챔버(110) 내의 상기 단위 구조물에 의해 선택적으로 포획된 미소입자를 회수할 수 있다. 제1 배수 요소(128)는 상기 미소입자를 제외한 유체 또는 유동 챔버(110)의 세정을 위한 유체를 외부로 배수할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유출입부는 유체를 유동 챔버(110)에 제공하기 위한 제2 유체 공급 요소(132)를 포함할 수 있다. 제2 유체 공급 요소(132)는 제2 포트(132)에 연결되어 미소입자를 회수하기 위한 유체를 공급할 수 있다
또한, 상기 제2 유출입부는 압력 공급, 회수 및 배수 중에서 적어도 어느 하나의 기능을 위한 유체 전달 요소를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 유출입부는 제2 압력 전달 요소(134), 제2 회수 요소(136) 및 제2 배수 요소(138)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제2 압력 전달 요소(134)는 유동 챔버(110) 내에서 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로의 유체의 흐름을 위한 압력을 제공할 수 있다. 또한, 제2 압력 전달 요소(134)는 유동 챔버(110)를 형성하는 측벽들 내에 형성된 공압 유로 또는 상기 단위 구조물을 형성하는 패턴들 내에 형성된 공압 유로 내로 소정의 압력을 제공할 수 있다. 제2 회수 요소(136)는 유동 챔버(110) 내의 상기 단위 구조물에 의해 선택적으로 포획된 미소입자를 제외한 유체를 회수할 수 있다. 제2 배수 요소(138)는 유동 챔버(110)의 세정을 위한 유체를 외부로 배수할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 포트(120)는 유동 챔버(110)의 일측부에 구비되고, 제2 포트(130)는 유동 챔버(110)의 타측부에 구비될 수 있다. 따라서, 유체는 유동 챔버(110) 내에서 양방향으로 이동할 수 있다.
예를 들면, 유체 내의 미소입자의 선택적 포획을 위하여 상기 유체는 상기 유동 챔버(110) 내에서 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)를 향하여 이동할 수 있다. 또한, 선택적으로 포획된 미소입자의 회수를 위하여 유체는 유동 챔버(110) 내에서 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)를 향하여 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 유출입부들은 유동 챔버(110) 내의 유체의 흐름을 위한 유체동역학적 유압을 유도할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 유출입부들은 기계적 원리들(외부 주사기 펌프들, 공압 멤브레인 펌프들, 진동 멤브레인 펌프들, 진공 장치, 원심력 및 모세관 작용), 전기 또는 자기적 원리들(전기 유체 역학 펌프 및 자기 유체 역학 펌프), 열역학적 원리들 등에 기초하여 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소입자 처리 장치(10)는 선택적으로 포획된 미소입자의 개수를 측정하기 위한 계수기(300, 310)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 계수기(300)는 제1 포트(120)에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 계수기(310)는 제2 포트(130)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 계수기는 제1 포트(120)와 제2 포트(130) 중에서 어느 하나에 선택적으로 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 제1 유출입부를 나타내는 평면도들이다.
도 3을 참조하면, 미소입자를 포함하는 유체는 미소입자 처리 장치(10)의 상기 제1 유출입부의 제1 유로(121)를 통해 유동 챔버(110) 내로 흐를 수 있다. 상기 유체는 상기 제1 유출입부의 제1 유체 공급 요소(122) 및 제1 유체 전달 요소에 의해 유동 챔버(110) 내로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체(f1)는 제1 유로(121) 내에서 버퍼 유체들(b1, b2)과 함께 층을 이루어 흐를 수 있다. 따라서, 버퍼 유체들(b1, b2)의 유량 변화에 따라 상기 유체의 흐름 방향이 조절될 수 있다.
예를 들면, 제1 버퍼 유체(b1)의 유량은 제2 버퍼 유체(b2)의 유량보다 더 클 수 있다. 따라서, 상기 유체는 제2 버퍼 유체(b2) 쪽으로 편향되어 유동 챔버(110) 내로 흐를 수 있다. 이와 다르게, 제1 버퍼 유체(b1)의 유량은 제2 버퍼 유체(b2)의 유량보다 작을 수 있다. 따라서, 상기 유체는 제1 버퍼 유체(b1) 쪽으로 편향되어 유동 챔버(110) 내로 흐를 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부는 유체의 흐름 방향을 조절할 수 있는 가이드 구조물(123)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 가이드 구조물들(123)은 제1 유로(121)에 인접한 유동 챔버(110)의 진입부에 구비될 수 있다.
미소입자를 포함하는 유체는 제1 유로(121)를 빠져나와 유동 챔버(110)의 진입부인 확산 영역으로 진입할 수 있다. 상기 유체는 상기 확산 영역 상의 가이드 구조물들(123)의 경계들을 따라 유동 챔버(110) 내로 흐를 수 있다. 따라서, 상기 유체의 흐름 방향은 상기 확산 영역 상의 한 쌍의 가이드 구조물들(123)을 따라 조절될 수 있다.
도 5는 도 1의 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 평면도이며, 도 6은 도 5의 A 부분을 나타내는 확대 사시도이고, 도 7은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 미소입자 처리 장치(10)는 유동 챔버(110) 내에 구비되어 유체 내의 미소입자를 선택적으로 포획 및 회수하기 위한 적어도 하나의 채널 어레이를 포함한다. 상기 채널 어레이는 다수개의 단위 구조물들을 포함하고, 상기 단위 구조물은 유동 챔버(110) 내에서 이동하는 유체로부터 미소입자를 선택적으로 포획하고 회수할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 채널 어레이들(200, 201, 202, 203)은 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)를 향하여 유동 챔버(110) 내에서 순차적으로 배치될 수 있다.
유체가 유동 챔버(110) 내에서 제1 흐름 방향, 즉 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로 이동할 때, 상기 유체는 순차적으로 제1, 제2, 제3 및 제4 채널 어레이들(200, 201, 202, 203)을 통과할 수 있다. 여기서, 상기 제1 흐름 방향은 유체 내의 미소입자를 포획하기 위한 포획 흐름 방향일 수 있다.
또한, 유체가 유동 챔버(110) 내에서 제2 방향, 즉 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동할 때, 상기 유체는 순차적으로 제4, 제3, 제2 및 제1 채널 어레이들(203, 202, 201, 200)을 통과할 수 있다. 여기서, 상기 제2 방향은 상기 포획된 미소입자를 회수하기 위한 회수 흐름 방향일 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 채널 어레이의 단위 구조물들은 상기 단위 구조물들의 상기 유체 채널들이 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 평행하도록 배열될 수 있다.
제1 채널 어레이(200)는 다수개의 제1 단위 구조물들을 포함할 수 있다. 제2 채널 어레이(201)는 다수개의 제2 단위 구조물들을 포함할 수 있다. 제3 내지 제4 채널 어레이들(202, 203)은 상기 제1 및 제2 단위 구조물들과 유사하거나 동일한 다수개의 단위 구조물들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단위 구조물은 제1 포획 구조물(210a, 210b) 및 제1 부가 구조물(220)을 포함할 수 있다. 상기 제2 단위 구조물은 제2 포획 구조물 및 제2 부가 구조물을 포함할 수 있다. 상기 제2 포획 구조물은 상기 제1 포획 구조물과 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 제2 부가 구조물은 상기 제1 부가 구조물과 동일하거나 유사할 수 있다.
제1 포획 구조물(210a, 210b)은 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로 이동하는 유체 내의 미소입자를 포획하기 위한 포획 영역이 형성된 유체 채널을 가질 수 있다. 제1 부가 구조물(220)은 제1 포획 구조물(210a, 210b)과 인접하게 배열되어 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동하는 또 다른 미소입자의 상기 유체 채널로의 유입을 방지할 수 있다. 상기 단위 구조물에 대한 자세한 설명은 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소입자 처리 장치(10)는 유동 챔버(110) 내의 유체 일부의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 보조 유로(250, 251, 252)를 더 포함할 수 있다. 보조 유로(250, 251, 252)는 상기 채널 어레이들을 통과하는 유체의 유량을 조절하거나 유동 챔버(110) 내에서 유체의 흐름 방향을 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 보조 유로(250)는 제1 채널 어레이(200)에 인접하게 형성될 수 있다. 제1 보조 유로(250)는 제1 채널 어레이(200)와 동일한 열에 배치될 수 있다. 제1 보조 유로(250)는 제1 채널 어레이(200)의 일단부에 구비될 수 있다. 이와 다르게, 제1 보조 유로(250)는 제1 채널 어레이(200)의 중간 부분에 구비될 수 있다. 제1 보조 유로(250)는 유체 일부의 흐름을 위한 공간을 제공하여 제1 채널 어레이(200)를 통과하는 유체의 유량을 조절하거나 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
또한, 제2 보조 유로(251)는 제2 채널 어레이(201)에 인접하게 형성될 수 있다. 제2 보조 유로(251)는 제2 채널 어레이(201)와 동일한 열에 배치될 수 있다. 제2 보조 유로(251)는 유체 일부의 흐름을 위한 공간을 제공하여 제2 채널 어레이(201)를 통과하는 유체의 유량을 조절하거나 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
제3 보조 유로(252)는 제3 채널 어레이(202)에 인접하게 형성될 수 있다. 제3 보조 유로(252)는 제3 채널 어레이(202)와 동일한 열에 배치될 수 있다. 제3 보조 유로(252)는 유체 일부의 흐름을 위한 공간을 제공하여 제3 채널 어레이(202)를 통과하는 유체의 유량을 조절하거나 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 채널 어레이의 상기 단위 구조물은 유동 챔버(110)의 마주보는 측벽들(상하벽들(112, 114)) 사이에 형성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 단위 구조물은 유동 챔버(110)의 측벽들 사이에 유체 채널(201)을 정의하는 한 쌍의 채널 패턴들(210a, 210b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 채널 패턴들(210a, 210b)은 유동 챔버(110)의 측벽들 사이에서 유체의 흐름 방향을 따라 연장하는 패턴들일 수 있다.
상기 패턴들은 포토리소그래피, 결정 구조의 성장 및 에칭을 포함하는 반도체 제조 공정들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 유동 챔버(110)와 상기 채널 어레이는 폴리머 물질, 무기 물질 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 폴리머 물질의 예로서는, PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrlyate) 등을 들 수 있다. 상기 무기 재료의 예로서는, 유리, 석영, 실리콘 등을 들 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 단위 구조물을 나타내는 평면도이다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 미소입자 처리 장치(10)의 단위 구조물은 유동 챔버(110) 내에 구비되는 적어도 하나의 포획 구조물(210a, 210b)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포획 구조물(210a, 210b)은 유동 챔버(110)의 양측벽들 사이에 형성된 한 쌍의 채널 패턴들을 포함할 수 있다. 한 쌍의 상기 채널 패턴들은 제1 채널 패턴(210a) 및 제2 채널 패턴(210b)을 포함할 수 있다. 제1 채널 패턴(210a) 및 제2 채널 패턴(210b)은 유동 챔버(110)의 양측벽들 사이에서 서로 마주보며 연장하여 유체 채널을 형성할 수 있다.
상기 유체 채널은 유체가 각각 유출입되는 제1 개구(212) 및 제2 개구(214)를 갖는다. 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b) 사이의 거리는 각각의 연장 방향을 따라서 변화하는 폭들을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 유체 채널은 제1 개구(212) 및 제2 개구(214) 사이에 가변적인 단면 형상들을 갖는 포획 영역(216)을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 개구(212)는 제1 크기를 갖고, 제2 개구(214)는 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가질 수 있다. 제2 개구(214)의 제2 크기는 상기 미소입자의 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 의해 변형 가능한 최소 크기보다 작을 수 있다.
예를 들면, 제1 개구(212)는 제1 직경(D1) 또는 제1 폭을 가질 수 있다. 제2 개구(214)는 제1 직경(D1)보다 작은 제2 직경(D2) 또는 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가질 수 있다. 이 때, 포획 영역(216)은 제1 개구(212)로부터 제2 개구(214)를 향해 점차적으로 감소하는 단면 형상들을 가질 수 있다. 즉, 포획 영역(216)은 유체의 제1 흐름 방향에 따라 점차적으로 감소하는 가변적인 단면적들을 가질 수 있다.
유체가 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로 이동할 때, 상기 유체는 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널을 통과할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 유체는 상기 유체 채널의 제1 개구(212) 내로 유입된 후, 포획 영역(216)을 지나 제2 개구(214)로부터 유출된다. 또한, 유체가 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동할 때, 상기 유체는 상기 유체 채널의 제2 개구(214) 내로 유입된 후 제1 개구(212)로부터 유출된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 개구(214)의 제2 직경(D2)은 유체 내의 미소입자의 변형 가능한 최소 직경보다 작을 수 있다. 또한, 제1 개구(212)의 제1 직경(D1)은 상기 미소입자의 변형 가능한 최소 직경보다 클 수 있다.
따라서, 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로 이동하는 유체가 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널을 통과할 때, 제1 개구(212) 내로 유입된 상기 미소입자는 제2 개구(214)를 빠져나가지 못하고 포획 영역(216)에 남아있게 된다. 포획 영역(216)에 포획된 상기 미소입자는 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동하는 회수 유체에 의해 회수될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소입자 처리 장치(10)의 단위 구조물은 유동 챔버(110) 내에 포획 구조물(210a, 210b)에 인접하게 배열되는 적어도 하나의 부가 구조물(220)을 더 포함할 수 있다. 부가 구조물(220)은 유동 챔버(110)의 양측벽들 사이에 형성된 적어도 하나의 부가 구조물 패턴일 수 있다.
부가 구조물(220)은 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널의 제2 개구(214)에 인접하게 배열될 수 있다. 부가 구조물(220)은 제2 개구(214)로부터 제1 거리(L0)만큼 이격될 수 있다. 예를 들면, 제1 거리(L1)는 상기 미소입자의 변형 가능한 최소 직경보다 작은 범위로 선택될 수 있다. 따라서, 부가 구조물(220)은 포획 구조물(210a, 210b)의 포획 영역(216)에 포획된 상기 미소입자를 효율적으로 회수하기 위하여 사용될 수 있다.
구체적으로, 포획된 미소입자의 회수를 위하여 유체가 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동할 때, 부가 구조물(220)은 상기 유체에 포함된 또 다른 미소입자가 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 부가 구조물(220)은 제1 포트(120)와 제2 포트(130) 사이를 이동하는 미소입자의 이동 방향에 따라 상기 유체 채널로의 유입을 선택적으로 허용 또는 방지할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포획 구조물을 나타내는 평면도들이다.
도 9를 참조하면, 상기 포획 구조물의 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 제1 개구(212)로부터 제2 개구(214)를 향해 점차적으로 증가하다가 다시 감소하는 단면 형상들을 가질 수 있다. 이 때, 포획 구조물(210a, 210b)의 포획 영역(216)은 점차적으로 감소하는 단면 형상들에 의해 정의될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 포획 구조물의 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 제1 채널 영역(202) 및 제2 채널 영역(203)을 가질 수 있다. 제1 채널 영역(202)은 제1 개구(212)로부터 제2 개구(214)를 향해 점차적으로 감소하는 단면 형상들을 가질 수 있다. 제2 채널 영역(203)은 제2 개구(203)로부터 제3 개구(218)를 향해 점차적으로 증가하는 단면 형상들을 가질 수 있다. 이 때, 포획 구조물(210a, 210b)의 포획 영역(216)은 제1 채널 영역(202)에서 정의될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 서로 비대칭적으로 형성될 수 있다. 제1 채널 패턴(210a)의 폭은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가하고, 제2 채널 패턴(210b)의 폭은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가하다가 다시 감소할 수 있다. 이 경우에 있어서, 제2 직경(D2)은 제1 및 2 채널 패턴들(210a, 210b) 사이에 미소입자의 변형 가능한 최소 직경보다 작은 직경을 갖는 영역에서 정의될 수 있다.
따라서, 연장 방향을 따라 가변적 형상을 갖는 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 제1 및 제2 개구들(212, 214) 중 적어도 하나를 정의할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부가 구조물을 나타내는 평면도들이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 부가 구조물(220)은 아크 형상 또는 V자 형상을 가질 수 있다. 이 경우에 있어서, 부가 구조물(220)과 포획 구조물(210a, 210b) 사이의 이격 거리는 포획 구조물(210a, 210b)의 제2 개구(214)를 중심으로 하여 점차적으로 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부가 구조물은 상기 포획된 미소입자의 회수를 위한 유체 채널에서의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 8의 Ⅹ-Ⅹ' 라인을 따라 절단한 단면도들이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 포획 구조물의 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b) 중 적어도 하나는 외부에서 인가한 힘이나 압력에 의해 변형되어 상기 유체 채널의 개구들의 크기를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 변형 가능한 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 유압에 의해 변형되어 상기 유체 채널의 개구들의 크기를 변화시킬 수 있다.
도 16을 참조하면, 포획 구조물의 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b) 중 적어도 하나는 공압에 의해 변형될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 내부에 형성된 공압 라인에 의해 변형 가능한 폴리머 물질을 포함할 수 있다.
서로 마주보는 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)의 내부에 형성된 공압 라인에 공기가 충진될 때, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 수평적으로 팽창하여 가변적인 단면 형상들을 갖는 유체 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 공압에 의해 변형 가능한 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 상기 유체 채널의 제1 및 제2 개구들 중 적어도 하나의 직경(크기)을 정의할 수 있다.
도 17을 참조하면, 포획 구조물의 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b) 중 적어도 하나는 외부에서 인가한 힘이나 압력에 의해 생성 또는 제거되도록 변형될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)의 내부에 형성된 공압 라인에 공기가 충진될 때, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 수직적으로 팽창 및 생성되어 가변적인 단면 형상들을 갖는 유체 채널을 형성할 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)의 내부에 형성된 공압 라인에 공기가 배출될 때, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 수직적으로 수축 및 제거될 수 있다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 8의 ⅩI-ⅩI' 라인을 따라 절단한 단면도들이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 부가 구조물(220)은 외부에서 인가한 힘이나 압력에 의해 변형될 수 있다. 유동 챔버(110)의 양측벽들(112, 114) 사이에 형성된 부가 구조물 패턴(220)은 제2 흐름 방향(F2), 즉 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동하는 유체의 흐름에 의해 변형될 수 있다. 상기 유체가 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동할 때, 부가 구조물 패턴(220)은 포획 구조물(210a, 210b)의 제2 개구(214)를 향하여 변형될 수 있다. 따라서, 부가 구조물 패턴(220)과 포획 구조물(210a, 210b) 사이의 이격 거리는 상기 유체의 흐름에 의해 감소될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 유체가 제1 흐름 방향(F1), 즉 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로 이동할 때, 부가 구조물 패턴(220)은 포획 구조물(210a, 210b)의 제2 개구(214)로부터 더 멀어지도록 변형될 수 있다. 따라서, 부가 구조물 패턴(220)과 포획 구조물(210a, 210b) 사이의 이격 거리는 상기 유체의 흐름에 의해 증가될 수 있다.
도 20을 참조하면, 부가 구조물(220)은 외부에서 인가한 힘이나 압력에 의해 생성 또는 제거될 수 있다. 부가 구조물(220)은 공압에 의해 변형될 수 있다. 예를 들면, 부가 구조물 패턴(220)은 내부에 형성된 공압 라인에 의해 변형 가능한 폴리머 물질을 포함할 수 있다.
부가 구조물 패턴(220)은 유동 챔버(110)의 하부벽(114) 상에 형성되고 부가 구조물 패턴(220)은 유동 챔버(110)의 상부벽(112)으로부터 이격될 수 있다. 부가 구조물 패턴(220)의 내부에 형성된 공압 라인에 공기가 충진될 때, 부가 구조물 패턴(220)은 수직적으로 팽창 및 생성하여 유동 챔버(110)의 상부벽(112)에 접촉할 수 있다. 따라서, 유체가 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)로 이동할 때, 부가 구조물(220)은 상기 유체에 포함된 또 다른 미소입자가 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 부가 구조물 패턴(220)의 내부에 형성된 공압 라인에 공기가 충진될 때, 부가 구조물 패턴(220)은 포획 구조물(210a, 210b)의 제2 개구(214)를 향하여 수평적으로 팽창할 수 있다. 따라서, 부가 구조물 패턴(220)과 포획 구조물(210a, 210b) 사이의 이격 거리는 상기 공압에 의해 감소될 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 21을 참조하면, 단위 구조물들은 유동 챔버(110)의 하부벽(114) 상에 형성되고 상기 단위 구조물들은 유동 챔버(110)의 상부벽(112)으로부터 이격될 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 포획 구조물들(210a, 210b)은 유동 챔버(110)의 하부벽(114) 상에 형성되고, 포획 구조물들(210a, 210b)은 유동 챔버(110)의 상부벽(112)으로부터 이격될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 유동 챔버(110)의 일측벽은 외력에 의해 변형되어 포획 구조물의 채널 패턴들(210a, 210b)과 함께 상기 유체 채널을 형성할 수 있다.
유동 챔버(110)의 상부벽(112)은 공압에 의해 변형될 수 있다. 예를 들면, 유동 챔버(110)의 상부벽(112)은 내부에 형성된 공압 라인에 의해 변형 가능한 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 유동 챔버(110)의 상부벽(112)의 내부에 형성된 공압 라인에 공기가 충진될 때, 하부로 팽창하여 상부벽(112)의 하부면(113)은 포획 구조물들(210a, 210b)과 접촉할 수 있다. 유동 챔버(110)의 상부벽(112)이 공압에 의해 팽창함으로써, 유동 챔버(110)의 상하부벽들(112, 114) 사이에 유체 채널들을 정의하는 포획 구조물들(210a, 210b)을 형성할 수 있다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 구조물을 나타내는 단면도들이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 단위 구조물은 포획 구조물 및 부가 구조물 중 적어도 어느 하나의 표면 상에 형성된 생화학적 물질막을 더 포함할 수 있다.이와 다르게, 상기 포획 구조물 및 상기 부가 구조물 중 적어도 하나는 표면 처리되어 표면 거칠기와 같은 물리적 또는 생화학적인 표면 특성이 변화될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 물질막들(240a, 240b)은 유동 챔버의 하부벽(114) 상에 형성된 채널 패턴들(210a, 210b) 상에 각각 형성될 수 있다. 이 경우에 있어서, 부가 구조물 패턴(220)은 상부벽(112) 상에 형성되며, 물질막들(240a, 240b)이 채널 패턴들(210a, 210b) 상에 형성된 이후에 상부벽(112)과 하부벽(114)은 서로 결합되어 유체 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 생화학적 물질막들(240a, 240b)은 채널 패턴들(210a, 210b)에 의해 정의된 상기 유체 채널의 표면 상에 형성되어 미소입자와의 접착력을 증가시키게 된다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 부가 구조물 패턴(220) 상에 다른 생화학적 물질막을 형성할 수 있다. 이 때, 부가 구조물 패턴(220) 상에 형성된 다른 물질막은 미소입자와의 접착력을 감소시킬 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 물질막들(240a, 240b, 245)은 유동 챔버의 하부벽 상에 형성된 채널 패턴들(210a, 210b) 및 부가 구조물 패턴(220) 상에 각각 형성될 수 있다. 물질막들(240a, 240b, 245)이 채널 패턴들(210a, 210b) 및 부가 구조물 패턴(220) 상에 각각 형성된 이후에 상부벽(112)과 하부벽(114)은 서로 결합되어 유체 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 생화학적 물질막들(240a, 240b, 245)은 미소입자와의 접착력을 증가시키거나 감소시켜 유체 내의 미소입자의 선택적 포획 및 회수를 원활하게 해주는 역할을 하게 된다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 유출입부는 제1 필터(400)를 더 포함하고, 상기 제2 유출입부는 제2 필터(410)를 더 포함할 수 있다. 제1 필터(400)는 제1 포트(120)에 인접하게 배치되고, 제2 필터(410)는 제2 포트(130)에 인접하게 배치될 수 있다.
제1 필터(400)는 제1 포트(120)와 유동 챔버(110) 사이를 출입하는 유체를 필터링하기 위해 구비될 수 있다. 제2 필터(400)는 제2 포트(130)와 유동 챔버(110) 사이를 출입하는 유체를 필터링하기 위해 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 필터는 상기 포획 구조물의 유체 채널의 제1 개구보다 더 큰 개구를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 필터의 개구는 상기 유체 채널의 제1 개구의 제1 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 필터는 상기 포획 구조물의 유체 채널의 제2 개구보다 더 작은 개구를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 필터의 개구는 상기 유체 채널의 제2 개구의 제2 직경보다 더 작은 직경을 가질 수 있다.
따라서, 상기 제1 및 제2 필터들은 유동 챔버(110)를 출입하는 유체 내 포획 대상이 아니 다른 미소입자의 유입을 방지할 수 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 어레이의 포획 구조물들을 나타내는 평면도들이다.
도 25를 참조하면, 채널 어레이의 포획 구조물들은 서로 다른 간격들로 이격된 채널 패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 인접한 제1 및 제2 채널 패턴들(210c, 210d)과 제1 간격(d1)만큼 이격될 수 있다. 제1 및 제2 채널 패턴들(210e, 210f)은 인접한 제1 및 제2 채널 패턴들(210c, 210d)과 제2 간격(d2)만큼 이격될 수 있다.
도 26을 참조하면, 채널 어레이의 포획 구조물들은 서로 다른 형상들을 갖는 채널 패턴들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)은 대칭적으로 서로 마주하며, 제1 및 제2 채널 패턴들(210a, 210b)의 폭들은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가할 수 있다. 제1 및 제2 채널 패턴들(210c, 210d)에 의해 형성된 채널 영역은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가하다가 다시 감소하는 단면 형상들을 가질 수 있다. 제1 및 제2 채널 패턴들(210e, 210f)의 폭들은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가하다가 다시 감소될 수 있다. 제1 및 제2 채널 패턴들(210g, 210h)은 서로 비대칭적으로 형성될 수 있으며, 제1 채널 패턴(210g)의 폭은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가하고 제2 채널 패턴(210h)의 폭은 연장 방향을 따라 점차적으로 증가하다가 다시 감소할 수 있다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 어레이의 부가 구조물들을 나타내는 평면도들이다.
도 27을 참조하면, 채널 어레이의 부가 구조물들은 서로 다른 간격들로 이격된 부가 구조물 패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 부가 구조물 패턴들(220a)은 제1 이격 거리(d1)로 배열될 수 있다. 그러나, 부가 구조물 패턴(220a)은 이에 인접한 부가 구조물 패턴(220b)과 제1 이격 거리(d1)와 다른 제2 이격 거리(d2)로 배열될 수 있다.
도 28을 참조하면, 채널 어레이의 부가 구조물들은 서로 다른 형상들을 갖는 부가 구조물 패턴들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 부가 구조물 패턴(220a)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 부가 구조물 패턴(220b)은 아크 형상을 가질 수 있다. 부가 구조물 패턴(220c)은 V자 형상을 가질 수 있다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 29를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 채널 어레이들은 각각 서로 다른 각도로 배열된 다수개의 단위 구조물들을 포함할 수 있다. 상기 단위 구조물들은 제1 흐름 방향(F1)에 대하여 소정의 경사작으로 기울어져 배열될 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제3 채널 어레이들(200, 202)은 제1 흐름 방향(F1)의 연장선에 대하여 음의 경사각을 갖도록 기울어져 배열된 다수개의 단위 구조물들을 포함할 수 있다. 제2 채널 어레이(201)는 제1 흐름 방향(F1)의 연장선에 대하여 양의 경사각을 갖도록 기울어져 배열된 다수개의 단위 구조물들을 포함할 수 있다. 제3 채널 어레이(203)는 제1 흐름 방향(F1)의 연장선과 평행하게 배열된 다수개의 단위 구조물들을 포함할 수 있다. 제1 흐름 방향(F1)의 연장선에 대한 상기 단위 구조물들의 경사각들은 이에 한정되지 않으며, 유체의 흐름 방향 및 유속 등에 따라 선택될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 30 및 도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 계수기를 나타내는 평면도들이다.
도 30을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치는 단위 구조물에 설치되어 상기 단위 구조물에 포획된 미소입자의 개수를 측정하기 위한 계수기를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 제3 계수기(420a, 420b)는 채널 패턴들(210a, 210b)에 의해 정의된 유체 채널의 입구 및 출구(제1 및 제2 개구들)에 배치되어 하나의 유체 채널에 포획된 미소입자의 개수를 측정할 수 있다.
도 31을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치는 채널 어레이에 설치되어 상기 채널 어레이에 포획된 미소입자들의 개수를 측정하기위한 계수기를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 제4 계수기(422, 424)는 제1 채널 어레이(200)에 의해 포획된 미소입자들의 개수를 측정하기 위하여 단위 구조물들의 유체 채널들의 입구와 출구에 각각 배치될 수 있다.
도 32 및 도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 채널 어레이의 일부를 나타내는 사시도들이다.
도 32 및 도 33을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 미소입자 처리 장치는, 2차원으로 배열된 유체 채널들(216)을 갖는 적어도 하나의 채널 어레이(204, 205)를 포함할 수 있다. 유체 채널들(216)은 mㅧ n 행렬(여기서, m과 n은 자연수)로 배열되어 채널 어레이(204, 205)를 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 채널 어레이(204)의 유체 채널들(216)은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 반복적으로 배열될 수 있다.
채널 어레이(204)는 유동 챔버(110) 내에 배열되고, 유동 챔버(110)는 다각 기둥 또는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 유동 챔버(110)는 상기 제1 및 제2 방향들과 직교하는 제3 방향을 따라 연장할 수 있다. 따라서, 채널 어레이(204)는 상기 제1 및 제2 방향들에 의해 정의된 평면 상에 배열되고 채널 어레이(204)의 포획 구조물들은 2차원으로 배열된 유체 채널들(216)을 형성할 수 있다. 유체는 유동 챔버(110) 내에서 채널 어레이(204)의 평면에 대하여 직교하도록 채널 어레이(204)를 통과할 수 있다.
도 32에 도시된 바와 같이, 채널 어레이(204)의 유체 채널(201)은 사각뿔대 형상을 가질 수 있다. 유체 채널(201)의 제1 개구(212)는 제1 크기를 가지며 제2 개구(214)는 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가질 수 있다. 따라서, 미소입자의 포획 영역은 제1 개구(212)와 제2 개구(214) 사이에 가변적 단면 형상들을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 개구(214)의 제2 크기는 상기 미소입자의 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 변형 가능한 최소 크기보다 작을 수 있다.
도 33에 도시된 바와 같이, 채널 어레이(205)의 유체 채널(201)은 원뿔대 형상을 가질 수 있다. 따라서, 미소입자의 포획 영역은 제1 개구(212)와 제2 개구(214) 사이에 가변적 단면 형상들을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 채널 어레이들(204, 205)의 유체 채널(201)들 각각의 내부면은 적어도 일부 또는 전부가 변형되어 상기 포획 영역을 형성할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 미소입자 처리 장치를 이용하여 유체 내의 미소입자를 선택적으로 포획 및 회수하기 위한 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 34 내지 도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 방법을 나타내는 도면들이다.
도 34를 참조하면, 미소입자를 포함하는 유체는 유체동역학적 유압에 의해 제1 포트(120)로부터 유동 챔버(110)를 거쳐 제2 포트(130)로 이동한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체가 유동 챔버(110) 내에서 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로 이동할 때, 상기 유체는 순차적으로 제1, 제2, 제3 및 제4 채널 어레이들(200, 201, 202, 203)을 통과할 수 있다. 이 때, 상기 채널 어레이들 중 적어도 일부에 보조 유로들(250, 251, 252)이 형성될 수 있다. 보조 유로들(250, 251, 252)은 유체 일부의 흐름을 위한 공간을 제공하여 상기 채널 어레이들을 통과하는 유체의 유량을 조절하거나 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
도 35를 참조하면, 상기 유체의 일부들은 각각의 채널 어레이의 단위 구조물들을 통과한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체가 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)를 향하여 제1 흐름 방향(F1)으로 이동할 때, 상기 유체는 단위 구조물의 포획 구조물(210a, 210b)에 의해 형성된 유체 채널을 흐른 후, 상기 단위 구조물의 부가 구조물(220)을 거쳐 상기 채널 어레이를 통과한다.
도 36 및 도 37을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체 내의 미소입자는 다른 입자들(C)에 비해 큰 직경(Wt)을 가질 수 있다.
상기 미소입자를 제외한 나머지 입자들(C)은 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널을 통과한 후, 부가 구조물(220)을 거쳐 상기 채널 어레이를 빠져 나갈 수 있다.
상기 미소입자는 상기 채널 어레이에서의 국부적 압력에 의한 변형성을 가질 수 있다. 이러한 변형성을 갖는 미소입자는 포획 구조물(210a, 210b)의 제1 개구를 지나 상기 유체 채널 내로 진입할 수 있다. 포획 구조물(210a, 210b)의 제2 개구는 상기 미소입자의 변형 가능한 최소 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.
따라서, 상기 미소입자는 상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에서 가변적 단면 형상들을 갖는 포획 영역(216)에 남아있게 된다. 또한, 포획 영역(216) 내의 상기 미소입자의 포획 위치는 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 따라 결정될 수 있다.
도 38을 참조하면, 상기 포획된 미소입자를 회수하기 위하여, 또 다른 유체가 유체동역학적 유압에 의해 제2 포트(130)로부터 유동 챔버(110)를 거쳐 제1 포트(120)로 이동한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체가 유동 챔버(110) 내에서 제2 포트(130)로부터 제1 포트(110)로 이동할 때, 상기 유체는 순차적으로 제4, 제3, 제2 및 제1 채널 어레이들(203, 202, 201, 200)을 통과할 수 있다. 이 때, 보조 유로들(252, 251, 250)은 유체 일부의 흐름을 위한 공간을 제공하여 상기 채널 어레이들을 통과하는 유체의 유량을 조절하거나 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
도 39를 참조하면, 상기 유체의 일부들은 각각의 채널 어레이의 단위 구조물들을 통과한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체가 제2 포트(130)로부터 제1 포트(120)를 향하여 제2 흐름 방향(F2)으로 이동할 때, 상기 유체는 단위 구조물의 부가 구조물(220)을 거쳐 상기 단위 구조물의 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널을 흐른 후 상기 채널 어레이를 통과한다.
부가 구조물(220)은 포획 구조물(210a, 210b)의 제2 개구로부터 제1 거리(L1)만큼 이격될 수 있다. 예를 들면, 제1 거리(L1)는 상기 미소입자의 변형 가능한 최소 직경보다 작은 범위로 선택될 수 있다. 따라서, 부가 구조물(220)은 상기 유체에 포함된 또 다른 미소입자가 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
도 40을 참조하면, 상기 유체가 제2 흐름 방향(F2)으로 부가 구조물(220)을 지나 포획 구조물(210a, 210b)의 유체 채널을 통과할 때, 포획 구조물(210a, 210b)의 포획 영역(216)에 남아있는 미소입자(T)는 상기 유체의 흐름에 의해 포획 구조물(210a, 210b)의 제1 개구를 빠져나오게 된다. 따라서, 상기와 같이 유출된 미소입자들(210a, 210b)은 제1 포트(120)로 이동하여 회수 요소로 수집될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 유동 챔버 내에 형성된 적어도 하나의 포획 구조물 또는 상기 포획 구조물들을 포함하는 채널 어레이를 포함할 수 있다. 상기 미소입자 처리 장치는 상기 유동 챔버 내의 양방향 유체 흐름을 통해 미소입자를 효과적으로 포획 및 회수하고, 계수기를 설치함으로써 실시간 계수가 가능하다.
또한, 유체 내의 미소입자가 생물학적 개체일 경우, 미소입자의 생존 능력(viability)을 유지하면서 효과적으로 포획 및 회수하여 배양까지 가능하게 할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
10 : 미소입자 처리 장치 110 : 유동 챔버
120 : 제1 포트 121 : 제1 유로
122 : 제1 유체 공급 요소 123 : 가이드 구조물
124 : 제1 압력 전달 요소 126 : 제1 회수 요소
128 : 제1 배수 요소 130 : 제2 포트
132 : 제2 유체 공급 요소 134 : 제2 압력 전달 요소
136 : 제2 회수 요소 138 : 제2 배수 요소
200, 201, 202, 203, 204, 205 : 채널 어레이
201 : 유체 채널 210a, 210b : 포획 구조물
212 : 제1 개구 214 : 제2 개구
216 : 포획 영역 220 : 부가 구조물
240a, 240b, 245 : 물질막 250, 251, 252 : 보조 유로
300, 310, 420a, 420b, 422, 424 : 계수기
400, 410 : 필터

Claims (34)

  1. 제1 포트 및 제2 포트에 각각 연결되며, 상기 제1 및 제2 포트들 사이에 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하는 유동 챔버; 및
    상기 유동 챔버 내에 구비되어 유체 채널을 형성하고, 상기 유체 채널은 제1 개구 및 제2 개구를 가지며, 상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 이동하는 상기 미소입자를 포획하기 위한 가변적 단면 형상들을 갖는 포획 영역이 형성된 적어도 하나의 포획 구조물을 포함하는 미소입자 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 개구는 상기 제1 개구의 제1 크기보다 작은 제2 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 개구의 제2 크기는 상기 미소입자의 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 의해 변형 가능한 최소 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 포획 구조물은 상기 유동 챔버의 마주보는 측벽들 사이에 형성되어 상기 유체 채널을 정의하는 한 쌍의 채널 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 채널 패턴들 중 적어도 하나는 연장 방향을 따라 가변적 형상을 가지며 상기 제1 및 제2 개구들 중 적어도 하나의 크기를 정의하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 채널 패턴들 중 적어도 하나는 외력에 의해 변형되어 상기 유체 채널의 개구의 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 채널 패턴들 중 적어도 하나는 외력에 의해 생성 또는 제거되는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 유동 챔버의 일측벽은 외력에 의해 변형되어 상기 포획 구조물의 상기 채널 패턴들과 함께 상기 유체 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 포획 구조물의 상기 유체 채널의 내부면은 적어도 일부 또는 전부가 변형되어 상기 포획 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 챔버 내에서 상기 포획 구조물에 인접하게 배열되며, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이를 이동하는 미소입자의 이동 방향에 따라 상기 유체 채널로의 유입을 선택적으로 허용 또는 방지하기 위한 적어도 하나의 부가 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 부가 구조물은 상기 포획 구조물의 상기 제2 개구에 인접하게 배열되는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 부가 구조물은 상기 유동 챔버의 마주보는 측벽들 사이에 형성된 적어도 하나의 부가 구조물 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 부가 구조물 패턴은 상기 포획 구조물로부터 제1 거리만큼 이격되며, 상기 제1 거리는 상기 미소입자의 변형성 또는 강성과 같은 물리적 성질에 의해 변형 가능한 최소 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 부가 구조물 패턴은 상기 유체에 흐름 또는 외력에 의해 변형되어 상기 포획 구조물과의 이격 거리를 변화시키는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 부가 구조물 패턴은 외력에 의해 생성 또는 제거되는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 포획 구조물 및 상기 부가 구조물 중 적어도 어느 하나는 상기 미소입자의 접착력을 증가 또는 감소시키기 위한 생화학적 물질막을 포함하거나 표면의 특성을 변화시킨 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  17. 미소입자를 포함하는 유체가 유출입되는 제1 포트를 갖는 제1 유출입부;
    상기 유체가 유출입되는 제2 포트를 갖는 제2 유출입부;
    상기 제1 포트 및 상기 제2 포트에 각각 연결되며, 상기 제1 및 제2 포트들 사이에 상기 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하는 유동 챔버;
    상기 유동 챔버 내에 구비되며, 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 이동하는 상기 미소입자를 포획하기 위한 포획 영역이 형성된 유체 채널을 갖는 포획 구조물 및 상기 포획 구조물과 인접하게 배열되어 상기 제2 포트로부터 상기 제1 포트로 이동하는 또 다른 미소입자의 상기 유체 채널로의 유입을 방지하기 위한 부가 구조물을 갖는 다수개의 단위 구조물들을 포함하는 적어도 하나의 채널 어레이를 포함하는 미소입자 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 유동 챔버 내에서 상기 채널 어레이에 인접하게 형성되며, 상기 유체 일부의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 보조 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 채널 어레이의 상기 포획 구조물들은 서로 다른 간격들로 이격된 채널 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 채널 어레이의 상기 포획 구조물들은 서로 다른 형상들을 갖는 채널 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 채널 어레이의 상기 부가 구조물들은 서로 다른 간격들로 이격된 부가 구조물 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 채널 어레이의 상기 부가 구조물은 서로 다른 형상들을 갖는 적어도 하나의 부가 구조물 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 단위 구조물들의 상기 유체 채널들은 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 평행하거나 소정의 경사각으로 기울어져 배열된 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 채널 어레이는 2차원으로 배열된 유체 채널들을 형성하는 포획 구조물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 채널 어레이들은 제1 채널 어레이 및 제2 채널 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제1 채널 어레이는 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 제1 경사각을 갖도록 기울어져 배열된 제1 단위 구조물들을 포함하고, 상기 제2 채널 어레이는 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 상기 제1 경사각과 다른 제2 경사각을 갖도록 기울어져 배열된 제2 단위 구조물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  27. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 유출입부는, 상기 제1 포트에 연결되며, 상기 유체를 공급하는 유체 공급, 압력 공급, 회수 및 배수 중에서 적어도 어느 하나의 기능을 위한 유체 전달 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  28. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 유출입부는 상기 유체와 함께 버퍼 유체들을 공급하여 상기 유체의 흐름 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  29. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 유출입부는 상기 제1 포트 및 상기 유동 챔버 사이에 유체의 흐름 방향을 조절할 수 있는 적어도 하나의 가이드 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 미소입자 처리 장치.
  30. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 유출입부 및 상기 제2 유출입부 중 적어도 어느 하나는 상기 유동 챔버를 출입하는 유체 내 포획 대상이 아닌 다른 미소입자의 유입을 방지하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 필터는 상기 제1 포트에 인접하게 배치되고, 상기 포획 구조물의 상기 유체 채널의 제1 개구보다 더 큰 개구를 갖는 제1 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 필터는 상기 제2 포트에 인접하게 배치되고, 상기 포획 구조물의 상기 유체 채널의 제2 개구보다 더 작은 개구를 갖는 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  33. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 포트, 상기 제2 포트, 상기 단위 구조물 및 상기 채널 어레이 중에서 적어도 어느 하나에 인접하게 배치되어 상기 미소입자의 개수를 측정하기 위한 계수기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
  34. 제 17 항에 있어서, 상기 포획 구조물 및 상기 부가 구조물 중 적어도 어느 하나는 상기 미소입자의 접착력을 증가 또는 감소시키기 위한 생화학적 물질막을 포함하거나 표면의 특성을 변화시킨 것을 특징으로 하는 미소입자 처리 장치.
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